Электроника:Постоянный ток/Магнетизм и электромагнетизм/Электромагнитная индукция

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Электромагнитная индукция[1]

Удивительное открытие Эрстедом электромагнетизма открыло перспективы для практического использования электроэнергии. Другой великий учёный, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, которая является ключом к практической генерации электроэнергии. Фарадей обнаружил, что по длине проводника будет генерироваться напряжение, если на этот проводник перпендикулярно воздействует поток магнитного поля переменной интенсивности.

Простейший способ создать магнитное поле переменной интенсивности - перемещать постоянный магнит рядом с проводником (или катушкой, вокруг которой обмотан проводник).

Важно запомнить:

Напряжённость внешнего к проводнику магнитного поля должна увеличиваться или уменьшаться перпендикулярно к этому проводнику (в этом случае силовые линии магнитного поля «пересекают» проводник). Если источник магнитного поля передвигать вдоль проводника, то напряжение индуцироваться не будет.

Рис. 1. Магнит перемещается перпендикулярно контуру электрической цепи, в результате чего в цепи возникает напряжение.
Рис. 1. Магнит перемещается перпендикулярно контуру электрической цепи, в результате чего в цепи возникает напряжение.

Фарадей математически увязал скорость изменения потока магнитного поля с индуцированным напряжением (обратите внимание на использование строчной буквы «е» для обозначения напряжения. Это относится к мгновенному напряжению или напряжению в определённый момент времени, в отличие от стабильного напряжения):

Рис. 2. Поток магнитного поля с формулой мгновенного напряжения.
Рис. 2. Поток магнитного поля с формулой мгновенного напряжения.

Буквы «d» являются стандартными обозначениями в дифференциальном исчислении, в данном случае они символизируют скорость изменения потока во времени. «N» – это количество витков в катушке с проводом (при условии, что провод скручен по форме катушки для максимальной электромагнитной эффективности).

Данное явление используется при разработке конструкций электрических генераторов, использующих механическую энергию для перемещения магнитного поля вдоль катушек с проволокой для генерации напряжения. Однако это далеко не единственное практическое применение этого принципа.

Если мы вспомним, что магнитное поле, создаваемое токоведущим проводом, всегда перпендикулярно этому проводу, и что интенсивность потока этого магнитного поля изменяется в зависимости от величины силы тока, проходящего через него, то станет понятно, что провод способен создавать напряжение по своей длине просто за счёт изменения силы тока, проходящего через него. Этот эффект называется самоиндукцией: изменяющееся магнитное поле, создаваемое изменением силы тока, идущего по проводу, индуцирует напряжение по длине этого же провода. Если поток магнитного поля усиливается за счёт сгибания проволоки в форме катушки и/или обёртывания этой катушки вокруг материала с высокой проницаемостью, данный эффект самоиндуцированного напряжения будет ещё более интенсивным. Устройство, созданное для использования этого эффекта, называется индуктором и будет подробно обсуждаться в следующей главе.

Итог

  • Магнитное поле переменной интенсивности (при этом изменения происходят перпендикулярно к проводнику) индуцирует напряжение по длине этого проводника. Величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения потока магнитного поля и количества витков провода (если он намотан), которые подвергаются изменению магнитного потока.
  • Уравнение Фарадея для индуцированного напряжения: e = N(dΦ/dt)
  • Токоведущий провод будет испытывать наведённое напряжение по всей своей длине, если сила тока изменится (в этом случае изменится поток магнитного поля, перпендикулярного проводнику, и возникнет напряжение в соответствии с формулой Фарадея). Устройство, созданное специально для использования данного эффекта, называется индуктором.

См.также

Внешние ссылки