Elektromágneses indukció

A vezető EMF-jének indukciójában való megjelenése

Ha felteszed mágneses mező vezetéket, és mozgassa úgy, hogy mozgás közben keresztezze a mezővonalakat, akkor a vezetéknek meglesz elektromos erőEMF-indukciónak hívják.

Az indukciós EMF akkor is fellép a vezetőben, ha maga a vezető mozdulatlan marad, és a mágneses tér elmozdul, keresztezve a vezetőt az erővonalaival.

Ha az a vezető, amelyben az indukciós EMF indukálódik, zárva van bármely külső áramkörtől, akkor ennek az EMF-nek a hatására áram fog átfolyni az áramkörön, az ún. indukciós áram.

Elektromágneses indukciónak nevezzük azt a jelenséget, amikor egy vezetőben EMF indukció lép fel, amikor az keresztezi a mágneses erővonalait.

Az elektromágneses indukció fordított folyamat, vagyis a mechanikai energia átalakulása elektromos energiává.

Az elektromágneses indukció jelenségét széles körben alkalmazzák villamosmérnök… A különféle elektromos gépek berendezése a használatán alapul.

Az EMF indukció nagysága és iránya

Most nézzük meg, hogy mekkora lesz a vezetőben indukált EMF nagysága és iránya.

Az indukciós EMF nagysága a vezetéken időegység alatt áthaladó erővonalak számától függ, vagyis a huzal mozgásának sebességétől a terepen.

Az indukált EMF nagysága egyenesen arányos a vezető mozgási sebességével a mágneses térben.

Az indukált EMF nagysága a vezeték azon részének hosszától is függ, amelyet az erővonalak kereszteznek. Minél nagyobb részt kereszteznek a térerővonalak a vezetőnek, annál nagyobb az indukált emf a vezetőben. Végül, minél erősebb a mágneses tér, vagyis minél nagyobb az indukciója, annál nagyobb az EMF a vezetőben, amely ezt a teret keresztezi.

Így a mágneses térben való mozgás során a vezetőben fellépő indukció EMF értéke egyenesen arányos a mágneses tér indukciójával, a vezető hosszával és mozgásának sebességével.

Ezt a függést az E = Blv képlet fejezi ki,

ahol E az indukciós EMF; B – mágneses indukció; I a vezeték hossza; v a huzal sebessége.

Határozottan emlékezni kell arra, hogy a mágneses térben mozgó vezetőben az indukció EMF csak akkor következik be, ha ezt a vezetőt keresztezik a mező mágneses erővonalai. Ha a vezető a térvonalak mentén mozog, vagyis nem keresztezi, hanem úgy tűnik, hogy elcsúszik rajtuk, akkor nem indukálódik benne EMF. Ezért a fenti képlet csak akkor érvényes, ha a vezeték merőlegesen mozog a mágneses erővonalakra.

Az indukált emf iránya (valamint a vezetékben lévő áram) attól függ, hogy a vezeték milyen irányban mozog. Van egy jobbkéz szabály az indukált EMF irányának meghatározására.

Ha a jobb kezed tenyerét úgy tartod, hogy a mágneses erővonalak bejussanak, és a behajlított hüvelykujj a vezető mozgásának irányát jelezné, akkor a kinyújtott négy ujj az indukált EMF hatásának irányát és irányát jelzi. az áramerősség a vezetőben.

Jobb kéz szabály

EMF indukció a tekercsben

Már említettük, hogy ahhoz, hogy indukciós EMF-t hozzunk létre egy vezetékben, vagy magát a vezetéket, vagy a mágneses teret kell mágneses mezőbe mozgatni. Mindkét esetben a vezetéket keresztezni kell a mező mágneses erővonalainak, különben nem indukálódik emf. Az indukált emf, és így az indukált áram nem csak egyenes vezetékben, hanem tekercsbe csavart vezetékben is előfordulhat.

Beköltözéskor tekercsek egy állandó mágnesnél EMF indukálódik benne amiatt, hogy a mágnes mágneses fluxusa keresztezi a tekercs meneteit, vagyis ugyanúgy, mint egy egyenes vezeték mozgatásakor a mágnes terében.

Ha a mágnest lassan leeresztik a tekercsbe, akkor a benne fellépő EMF olyan kicsi lesz, hogy a készülék tűje nem is térhet el. Ha éppen ellenkezőleg, a mágnest gyorsan behelyezik a tekercsbe, a nyíl elhajlása nagy lesz. Ez azt jelenti, hogy az indukált EMF nagysága és ennek megfelelően a tekercsben lévő áram erőssége függ a mágnes sebességétől, vagyis attól, hogy a mező erővonalai milyen gyorsan keresztezik a tekercs fordulatait. Ha most felváltva kezdetben egy erős, majd egy gyenge mágnest helyezünk a tekercsbe azonos sebességgel, akkor észrevehetjük, hogy erős mágnesnél a készülék tűje nagyobb szögben fog eltérni.Ez azt jelenti, hogy az indukált EMF nagysága és ennek megfelelően a tekercsben lévő áram erőssége függ a mágnes mágneses fluxusának nagyságától.

Végül, ha ugyanazt a mágnest azonos sebességgel vezetjük be először egy tekercsbe nagy fordulatszámmal, majd sokkal kisebb fordulatszámmal, akkor az első esetben a készülék tűje nagyobb szöggel fog eltérni, mint a második. Ez azt jelenti, hogy az indukált EMF nagysága és ennek megfelelően a tekercsben lévő áram erőssége a fordulatok számától függ. Ugyanezeket az eredményeket érhetjük el, ha állandó mágnes helyett elektromágnest használunk.

Az EMF indukciójának iránya a tekercsben a mágnes mozgási irányától függ. Hogyan határozzuk meg az indukció EMF irányát, mondja az E. H. Lenz által megállapított törvény.

Lenz elektromágneses indukció törvénye

A tekercsen belüli mágneses fluxus bármilyen változása egy indukciós EMF megjelenésével jár együtt, és minél gyorsabban változik a tekercsen áthatoló mágneses fluxus, annál nagyobb az EMF benne.

Ha a tekercs, amelyben az indukciós EMF létrejön, egy külső áramkörhöz zárva van, akkor a tekercseken indukciós áram folyik, amely mágneses mezőt hoz létre a vezeték körül, aminek következtében a tekercs mágnestekercské alakul. Kiderült, hogy a változó külső mágneses tér indukált áramot indukál a tekercsben, ami viszont létrehozza a saját mágneses terét a tekercs körül – az áramteret.

E jelenség tanulmányozása során E. H. Lenz felállított egy törvényt, amely meghatározza az indukciós áram irányát a tekercsben, és ennek megfelelően az indukciós EMF irányát.A tekercsben a mágneses fluxus megváltozásakor fellépő indukció emf olyan irányú áramot hoz létre a tekercsben, hogy a tekercs ezen áram által keltett mágneses fluxusa megakadályozza a külső mágneses fluxus változását.

A Lenz-törvény a vezetékek áramindukciójának minden esetére érvényes, függetlenül a vezetékek alakjától és a külső mágneses tér változásának elérésétől.

Amikor az állandó mágnes elmozdul a galvanométer kivezetéseihez csatlakoztatott huzaltekercshez képest, vagy amikor a tekercs a mágneshez képest elmozdul, indukált áram keletkezik.

Indukciós áramok masszív vezetőkben

A változó mágneses fluxus nemcsak a tekercs meneteiben képes EMF-et indukálni, hanem masszív fémvezetőkben is. A hatalmas vezető vastagságán áthatolva a mágneses fluxus EMF-et indukál benne, ami indukciós áramokat hoz létre. Ezek az ún légörvény tömör vezetéken szétterülnek és rövidre záródnak benne.

A transzformátorok magjai, a különféle elektromos gépek, berendezések mágneses magjai csak azok a masszív vezetékek, amelyeket a bennük fellépő indukciós áramok felmelegítenek, ez a jelenség nem kívánatos, ezért az indukciós áramok nagyságának csökkentése érdekében a az elektromos gépek és a transzformátor magja nem masszív, hanem vékony, egymástól papírral vagy szigetelőlakkréteggel szigetelt lapokból áll. Ezért az örvényáramok terjedésének útja a vezető tömege mentén blokkolva van.

De néha a gyakorlatban az örvényáramot is hasznos áramként használják. Ezeknek az áramoknak a felhasználása például a munkán alapul indukciós fűtőkemencék, villanyórák valamint az elektromos mérőműszerek mozgó alkatrészeinek úgynevezett mágneses csillapítói.

Lásd még: Az elektromágneses indukció jelensége a festményekben